อุตสาหกรรมยานยนต์มีการทำงานอย่างไม่รู้จักเหน็ดเหนื่อยเพื่อ ลดการปล่อยมลพิษจากรถยนต์เครื่องยนต์สันดาป. วัตถุประสงค์ไม่เพียงแต่จะมีเครื่องยนต์ที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น และสิ้นเปลืองน้อยลงเท่านั้น แต่ยังเพื่อลดการปล่อยก๊าซที่ก่อให้เกิดมลพิษออกสู่ชั้นบรรยากาศอีกด้วย
แม้ว่ารถยนต์ที่ใช้เครื่องยนต์สันดาปภายในจะมีกำหนดวันที่จะหายไปแล้วเพื่อหันไปใช้รถยนต์ไฟฟ้าหรือยานพาหนะที่ใช้เทคโนโลยีการขับขี่อื่นๆ ไม่มีการปล่อยมลพิษเครื่องยนต์สันดาปภายในยังมีชีวิตและจะยังคงปรากฏอยู่ในยานพาหนะ เช่น รถบรรทุก เครื่องจักรกลการเกษตร ฯลฯ รวมไปถึงในเรือ ซึ่งขณะนี้ทางเลือกอื่นยังไม่เพียงพอ แต่จะทำให้เครื่องยนต์เหล่านี้ถือว่า "สกปรก" เป็นเดิมพันสำหรับอนาคตได้อย่างไร? เราจะมาดูเทคโนโลยีบางอย่างเพื่อพัฒนาเครื่องยนต์เหล่านี้ต่อไป...
นวัตกรรมใหม่ในระบบส่งกำลัง
ลา การปรับปรุงระบบส่งกำลัง อาจส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงและการปล่อยมลพิษ ในปัจจุบันระบบเกียร์อัตโนมัติสามารถมีความเร็วได้ถึง 10 สปีด ช่วยให้เครื่องยนต์ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นโดยปล่อยให้เครื่องยนต์ทำงานในช่วงประสิทธิภาพที่เหมาะสมได้ยาวนานขึ้น นอกจากนี้ ระบบส่งกำลังแบบคลัตช์คู่ยังช่วยให้เปลี่ยนเกียร์ได้เร็วและราบรื่นยิ่งขึ้น ซึ่งสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงได้อีกด้วย
ตัวเร่งปฏิกิริยาที่จับ CO2
ลอส ตัวเร่งปฏิกิริยาที่จับ CO2 เป็นเทคโนโลยีเกิดใหม่ที่อาจมีผลกระทบสำคัญต่อการลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกจากรถยนต์เครื่องยนต์สันดาป ตัวเร่งปฏิกิริยาเหล่านี้ทำงานโดยการดักจับ CO2 โดยตรงจากก๊าซไอเสีย และแปลงให้เป็นผลิตภัณฑ์ที่มีประโยชน์ เช่น เชื้อเพลิงสังเคราะห์หรือพลาสติก โดยทั่วไปพวกมันเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาของเหลว แตกต่างจากของแข็งในปัจจุบัน
การปรับปรุงซอฟต์แวร์
El ซอฟต์แวร์การจัดการเครื่องยนต์มีบทบาทสำคัญในการประหยัดเชื้อเพลิงและการปล่อยมลพิษ. การปรับปรุงซอฟต์แวร์นี้สามารถช่วยให้การเผาไหม้มีประสิทธิภาพมากขึ้น กำหนดเวลาในการฉีดเชื้อเพลิงและการจุดระเบิดได้ดีขึ้น และการจัดการระบบบำบัดไอเสียหลังไอเสียมีประสิทธิผลมากขึ้น อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์มีการบริโภคที่ดีขึ้นอย่างมาก และยังคงสามารถปรับให้เหมาะสมต่อไปได้
จังหวะการฉีดและวาล์วแปรผัน
La การฉีดเชื้อเพลิงโดยตรงโดยที่เชื้อเพลิงถูกฉีดเข้าไปในห้องเผาไหม้โดยตรง จะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการเผาไหม้ได้ดียิ่งขึ้น นอกจากนี้ จังหวะวาล์วแปรผัน ช่วยให้วาล์วเครื่องยนต์เปิดและปิดในเวลาที่เหมาะสมเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพสูงสุดและลดการปล่อยมลพิษ เมื่อเทียบกับระบบเพลาลูกเบี้ยวเหนือศีรษะที่แข็งแกร่งซึ่งมักจะเกิดขึ้นในเวลาเดียวกัน
เชื้อเพลิงทางเลือก
ลอส เชื้อเพลิงทางเลือกเช่นก๊าซธรรมชาติ เอทานอล และไบโอดีเซล สามารถลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกจากเครื่องยนต์สันดาปได้อย่างมาก นอกจากนี้ รถยนต์บางคันยังวิ่งด้วยพลังงานไฮโดรเจน ซึ่งปล่อยเฉพาะน้ำเมื่อรวมกับออกซิเจนในอากาศในระหว่างการเผาไหม้
ระบบบำบัดไอเสียหลังการบำบัด
เช่นเดียวกับตัวเร่งปฏิกิริยาที่ผมกล่าวถึงข้างต้น ยังมีตัวอื่นๆ อีกด้วย ระบบบำบัดไอเสียหลังเช่นตัวกรองอนุภาคดีเซลและตัวเร่งปฏิกิริยาสามทางสามารถลดการปล่อยมลพิษจากเครื่องยนต์สันดาปได้อย่างมาก ระบบเหล่านี้ทำงานโดยการดักจับและทำให้สิ่งปนเปื้อนในไอเสียเป็นกลางก่อนที่จะออกจากท่อไอเสีย
การผสมพันธ์
La การผสมพันธุ์ซึ่งรถยนต์ใช้ทั้งเครื่องยนต์สันดาปและมอเตอร์ไฟฟ้าสามารถลดการปล่อยมลพิษได้อย่างมาก รถยนต์ไฮบริดสามารถทำงานในโหมดไฟฟ้าที่ความเร็วต่ำและในระยะทางสั้นๆ ช่วยลดการใช้เครื่องยนต์สันดาป และเทคโนโลยีนี้สามารถพัฒนาต่อไปได้มากด้วยการปรับปรุงเครื่องยนต์สันดาปและรวมถึงชิ้นส่วนไฟฟ้าด้วย...
การปิดใช้งานกระบอกสูบ
La การปิดใช้งานกระบอกสูบทำให้กระบอกสูบบางกระบอกสูบของเครื่องยนต์สามารถปิดการทำงานได้ในระหว่างสภาวะการขับขี่บางอย่างเช่นการขับรถด้วยความเร็วคงที่บนทางหลวงเพื่อประหยัดน้ำมัน นี่เป็นสิ่งที่น่าสนใจมาก และได้รับการควบคุมด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์เพื่อปรับให้เข้ากับความต้องการตลอดเวลา ลดการบริโภคและปรับปรุงประสิทธิภาพและการปล่อยมลพิษ
อัตราการบีบอัดตัวแปร
La อัตราส่วนการบีบอัดแบบแปรผัน ช่วยให้สามารถปรับอัตราส่วนกำลังอัดของเครื่องยนต์ได้ทันทีเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงสูงสุด นี่เป็นเทคโนโลยีที่ซับซ้อนยิ่งกว่าเทคโนโลยีรุ่นก่อนๆ และอาจเปลี่ยนแปลงความสัมพันธ์ที่สำคัญนี้ในลักษณะการทำงานของเครื่องยนต์ได้ แม้ว่าจะเพิ่มความซับซ้อนเป็นพิเศษก็ตาม
สินค้าแบบแบ่งชั้น
La โหลดแบบแบ่งชั้นโดยที่ส่วนผสมอากาศและเชื้อเพลิงเข้มข้นถูกจุดไฟก่อนแล้วจึงจุดส่วนผสมที่บางกว่า จึงสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงและลดการปล่อยมลพิษได้
การปรับปรุงเทอร์โบชาร์จเจอร์
ลา การปรับปรุงเทอร์โบชาร์จเจอร์เช่นเทอร์โบชาร์จเจอร์แบบ Twin-scroll และเทอร์โบชาร์จเจอร์รูปทรงแปรผัน สามารถเพิ่มประสิทธิภาพเครื่องยนต์และลดการปล่อยมลพิษได้ ยังคงมีสาขาที่น่าสนใจให้สำรวจในเรื่องนี้ โดยใช้ประโยชน์จากพลังงานของก๊าซไอเสียเพื่อปรับปรุงกำลังและสมรรถนะ ในขณะเดียวกันก็ลดขนาด น้ำหนัก และอัตราการสิ้นเปลืองของเครื่องยนต์
เครื่องกำเนิดไฟฟ้ามอเตอร์-ความร้อน (MGU-H)
สิ่งที่รู้จักกันในสูตร 1 ว่า เครื่องกำเนิดไฟฟ้ามอเตอร์-ความร้อน (MGU-H) เป็นเทคโนโลยีที่ใช้ในรถยนต์สมรรถนะสูงบางรุ่น เป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าชนิดหนึ่งที่เชื่อมต่อกับเทอร์โบชาร์จเจอร์ของเครื่องยนต์ เมื่อเครื่องยนต์กำลังทำงาน เทอร์โบชาร์จเจอร์จะหมุน และ MGU-H สามารถเปลี่ยนพลังงานกลบางส่วนให้เป็นพลังงานไฟฟ้าได้ พลังงานไฟฟ้านี้สามารถนำไปใช้จ่ายพลังงานให้กับระบบอื่นๆ ในรถยนต์ได้ เช่น มอเตอร์ไฟฟ้า หรือการชาร์จแบตเตอรี่ นอกจากนี้ MGU-H ยังใช้พลังงานไฟฟ้าเพื่อเร่งเทอร์โบชาร์จเจอร์ ซึ่งสามารถช่วยลดความล่าช้าของเทอร์โบและปรับปรุงประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ได้
เบรกแบบรีเจนเนอเรทีฟหรือ KERS (Kinetic Energy Recovery System)
El การเบรกแบบสร้างใหม่หรือที่เรียกว่า KERS (Kinetic Energy Recovery System)เป็นเทคโนโลยีที่ใช้ในรถยนต์ไฮบริดและรถยนต์ไฟฟ้าหลายรุ่นถึงแม้จะเป็นเทคโนโลยีเก่าที่ใช้ในรถไฟฟ้าและในประเภทมอเตอร์สปอร์ตเช่น F1 (ปัจจุบันเรียกว่า MGU-K) KERS ช่วยให้สามารถกู้คืนพลังงานจลน์ส่วนหนึ่งที่ปกติสูญเสียไประหว่างการเบรกและแปลงเป็นพลังงานไฟฟ้าได้ เมื่อผู้ขับขี่กดเบรก ระบบเบรกแบบจ่ายพลังงานใหม่จะใช้มอเตอร์ไฟฟ้าของรถยนต์เป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้า เครื่องกำเนิดไฟฟ้านี้จะแปลงพลังงานจลน์ของรถที่กำลังเคลื่อนที่เป็นพลังงานไฟฟ้าซึ่งเก็บไว้ในแบตเตอรี่ของรถยนต์ พลังงานที่สะสมไว้นี้สามารถนำมาใช้เพื่อช่วยขับเคลื่อนรถได้ ซึ่งสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงและลดการปล่อยมลพิษได้
แมกนีเซียมอัลลอยด์ใหม่และวัสดุแปลกใหม่
ลา โลหะผสมแมกนีเซียม เป็นทางเลือกที่น่าสนใจแทนโลหะโครงสร้างในปัจจุบันในอุตสาหกรรมยานยนต์ เนื่องจากมีความหนาแน่นต่ำและมีความแข็งแรงสูง โลหะผสมเหล่านี้สามารถช่วยลดน้ำหนักของยานพาหนะในอนาคต ซึ่งสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงและลดการปล่อยมลพิษ ให้เราจำไว้ว่าข้อจำกัดที่สำคัญที่สุดอย่างหนึ่งของเครื่องยนต์สันดาปในปัจจุบันคือโลหะวิทยา เนื่องจากไม่มีโลหะหรือโลหะผสมใดที่ดีไปกว่าที่มีอยู่ในปัจจุบันที่จะปรับปรุงระบบเหล่านี้ต่อไป
อย่างไรก็ตาม หนึ่งในความท้าทายหลักในการใช้แมกนีเซียมก็คือ แนวโน้มการกัดกร่อน เพื่อแก้ไขปัญหานี้ นักวิจัยกำลังออกแบบโลหะผสมแมกนีเซียมใหม่ที่ได้รับการดัดแปลงด้วยธาตุแลนทาไนด์เพื่อปรับปรุงความต้านทานการกัดกร่อน
การเคลือบโลหะ (ฟิล์ม)
นอกจากโลหะผสมแล้ว การเคลือบโลหะ พวกเขากำลังศึกษาเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพและลดการสึกหรอของเครื่องยนต์ ตัวอย่างนี้คือการเคลือบแบบใหม่ที่พัฒนาโดยนักวิจัยซึ่งมีปฏิกิริยากับน้ำมันเครื่องเพื่อสร้างฟิล์มคาร์บอนที่ลดการเสียดสีได้ดีกว่าน้ำมันเพียงอย่างเดียว ส่งผลให้ความร้อนน้อยลง มีประสิทธิภาพมากขึ้น กินไฟน้อยลง ปรับปรุงประสิทธิภาพ... สารเคลือบนี้ซึ่งถูกนำมาใช้ ไปยังชิ้นส่วนเครื่องยนต์ก่อนออกจากโรงงานเป็นพื้นผิว “แอคทีฟ” ที่ยึดติดกับชิ้นส่วนรถยนต์อย่างถาวร